Сообщение про чугун – Что такое чугун? Свойства, состав, получение и применение :: SYL.ru

Содержание

Что такое чугун? Свойства, состав, получение и применение :: SYL.ru

Многие знают о таком материале как чугун и его прочностных характеристиках. Сегодня мы с вами углубим эти знания и выясним, что такое чугун, из чего он состоит, каких видов бывает и как производится.

Состав

Что такое чугун? Это сплав из железа, углерода и разнообразных примесей, благодаря которым он обретает необходимые свойства. Материал должен иметь в своем составе не менее 2,14% углерода. В противном случае, это будет сталь, а не чугун. Именно благодаря углероду чугун обладает повышенной твердостью. Вместе с тем, данный элемент снижает пластичность и ковкость материала, придавая ему хрупкость.

Кроме углерода, в состав чугуна в обязательном порядке входят: марганец, кремний, фосфор и сера. В некоторые марки также вносят дополнительные присадки, для придания материалу специфических свойств. Среди часто используемых легирующих элементов можно отметить: хром, ванадий, никель и алюминий.

Свойства чугуна

Материал имеет плотность 7,2 г/см3. Для металлов и их сплавов это достаточно высокий показатель. Чугун хорошо подходит для производства всяческих изделий путем литья. В этом плане он превосходит все сплавы железа кроме некоторых марок стали.

Температура плавления чугуна равна 1200 градусам. У стали данный показатель выше на 250-300 градусов. Причина тому кроется в повышенном содержании в чугуне углерода, которое обуславливает менее тесные связи между атомами железа. Во время выплавки чугуна и его последующей кристаллизации, углерод в полной мере не успевает внедриться в структуру железа. Поэтому материал получается хрупким. Структура чугуна не позволяет использовать его для производства продукции, которая постоянно подвержена динамическим нагрузкам. А вот для чего чугун подходит идеально, так это для деталей, которые должны обладать повышенной прочностью.

Получение

Получение чугуна – весьма затратный и материалоемкий процесс. Чтобы получить одну тонну сплава, необходимо 550 кг кокса и 900 л воды. Что касается руды, то ее количество зависит от содержания в ней железа. Как правило, используется руда с массовой долей железа не менее 70%. Обработка менее богатых руд нецелесообразна с экономической точки зрения.

Прежде чем отправиться на переплавку, материал обогащается. Производство чугуна в 98% случае происходит в доменных печах.

Технологический процесс включает в себя несколько этапов. Сначала в доменную печь загружается руда, в состав которой входит магнитный железняк (соединение двух- и трехвалентного оксида железа). Также могут использоваться руды, в которых содержатся водная окись железа или его солей. Кроме сырья, в печь кладут коксующиеся угли, необходимые для создания и поддержания высокой температуры. Продукты горения углей как восстановители железа также участвуют в химических реакциях.

Дополнительно в топку подается флюс, играющий роль катализатора. Он ускоряет процесс плавления пород и освобождения железа. Важно отметить, что прежде чем попасть в топку, руда должна пройти специальную обработку. Так как мелкие части лучше плавятся, ее предварительно измельчают на дробильной установке. Затем руду промывают, чтобы избавиться от примесей, не содержащих металла. Затем сырье высушивается и проходит обжиг в печах. Благодаря обжигу из него удаляется сера и прочие чужеродные элементы.

После полной загрузки печи начинается второй этап производства. Когда горелки запущены, кокс постепенно разогревает сырье. При этом выделяется углерод, который реагирует с кислородом и образует оксид. Последний принимает активное участие в восстановлении железа из находящихся в руде соединений. Чем больше газа накапливается в печи, тем медленнее протекает реакция. Когда нужная пропорция достигнута, реакция и вовсе останавливается. Избыток газов в дальнейшем служит топливом для поддержания необходимой температуры в печи. У этого метода есть несколько сильных сторон. Во-первых, он позволяет снизить затраты горючего, что удешевляет производственный процесс. И, во-вторых, продукты горения не попадают в атмосферу, загрязняя ее, а продолжают участвовать в производстве.

Избыток углерода перемешивается с расплавом и поглощается железом. Так и получается чугун. Примеси, которые не расплавились, всплывают на поверхность смеси и удаляются. Их называют шлаком. Шлак находит применение в производстве некоторых материалов. Когда из расплава удалены все лишние частицы, в него добавляют специальные присадки.

Разновидности

Что такое чугун и как его получают, мы уже выяснили, теперь разберемся с классификацией этого материала. Описанным выше путем получают передельный и литейный чугун.

Передельный чугун используется в производстве стали по кислородно-конвертерному пути. Этот вид отличается низким содержанием кремния и марганца в сплаве. Литейный чугун применяют в производстве всяческой продукции. Он делится на пять видов, каждый из которых рассмотрим отдельно.

Белый

Это сплав отличается содержанием избыточной части углерода в виде карбида или цементита. Название этому виду было дано за белый цвет в месте разлома. Содержание углерода в таком чугуне обычно превышает 3%. Белый чугун отличается высокой хрупкостью и ломкостью, поэтому его применяют ограниченно. Данный вид используют для производства деталей простой конфигурации, которые выполняют статические функции и не несут больших нагрузок.

Благодаря добавлению в состав белого чугуна легирующих присадок, можно повысить технические параметры материала. С этой целью чаще всего используют хром или никель, реже — ванадий или алюминий. Марка с подобного рода присадками получила название «сормайт». Она используется в различных устройствах как нагревательный элемент. «Сормайт» обладает высоким удельным сопротивлением, и хорошо работает при температурах не выше 900 градусов. Самое распространенное применение белого чугуна – производство бытовых ванн.

Серый

Это наиболее распространенная разновидность чугуна. Она нашла применение в разных областях народного хозяйства. В сером чугуне углерод представлен в виде перлита, графита или же феррито-перлита. В таком сплаве содержание углерода составляет порядка 2,5%. Как для чугуна, этот материал обладает высокой прочностью, поэтому его используют в производстве деталей, которые получают циклическую нагрузку. Из серого чугуна делают втулки, кронштейны, зубчатые шестеренки и корпуса промышленного оборудования.

Благодаря графиту серый чугун снижает силу трения и улучшает действие смазок. Поэтому детали из серого чугуна имеют высокую стойкость к данному виду износа. При эксплуатации в особо агрессивных средах в материал вводятся дополнительные присадки, позволяющие нивелировать негативное воздействие. К таковым относятся: молибден, никель, хром, бор, медь и сурьма. Эти элементы защищают серый чугун от коррозии. Кроме того, некоторые из них повышают графитизацию свободного углерода в сплаве. Благодаря этому создается защитный барьер, предотвращающий попадание на поверхность чугуна разрушающих элементов.

Половинчатый

Промежуточным материалом между двумя первыми разновидностями является половинчатый чугун. Содержащийся в нем углерод представлен в виде графита и карбида приблизительно в равных долях. Кроме того, в таком сплаве могут присутствовать в незначительных количествах лидебурит (не более 3%) и цементит (не более 1%). Общее содержание углерода в половинчатом чугуне колеблется 3,5 до 4,2%. Данная разновидность применяется для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях постоянного трения. К таковым можно отнести автомобильные тормозные колодки, а также валки для измельчительных станков. Для еще большего повышения износостойкости в сплав добавляют всяческие присадки.

Ковкий

Этот сплав представляет собой разновидность белого чугуна, который с целью графитизации свободного углерода подвергается специальному обжигу. По сравнению со сталью, такой чугун имеет улучшенные демпфированные свойства. Кроме того, он не столь чувствителен к надрезам и хорошо работает в условиях низких температур. В таком чугуне массовая доля углерода составляет не более 3,5%. В сплаве он представлен в виде феррита, зернистого перлита, содержащего вкрапления графита или феррито-перлита. Ковкий чугун, как и половинчатый, используют в основном в производстве деталей, эксплуатирующихся в условиях непрерывного трения. Для повышения эксплуатационных характеристик материала в сплав добавляют магний, теллур и бор.

Высокопрочный

Данный вид чугуна получается вследствие образования в металлической решетке включений графита шаровидной формы. Из-за этого металлическая основа кристаллической решетки ослабевает, и сплав обретает улучшенные механические свойства. Образование шаровидного графита происходит благодаря введению в материал магния, иттрия, кальция и церия. Высокопрочный чугун близок по своим параметрам к высокоуглеродистой стали. Он неплохо поддается литью и может полностью заменить стальные детали механизмов. Благодаря высокой теплопроводности данный материал может быть использован для изготовления трубопроводов и отопительных приспособлений.

Трудности промышленности

На сегодняшний день литье чугуна имеет сомнительные перспективы. Дело в том, что из-за высокого уровня затрат и большого количества отходов промышленники все чаще отказываются от чугуна в пользу дешевых заменителей. Благодаря быстрому развитию науки уже давно стало возможным получение более качественных материалов при меньших затратах. Серьезную роль в этом вопросе играет защита окружающей среды, которая не приемлет использование доменных печей. Чтобы полностью перевести выплавку чугуна на электрические печи, нужны годы, если не десятилетия. Почему так долго? Потому что это очень дорого, и далеко не каждое государство может себе это позволить. Поэтому остается лишь ждать, пока наладится массовый выпуск новых сплавов. Конечно же, полностью прекратить промышленное применение чугуна в ближайшее время не получится. Но очевидно, что масштабы его производства будут падать с каждым годом. Эта тенденция началась еще 5-7 лет тому назад.

Заключение

Разобравшись с вопросом: «Что такое чугун?», можно сделать несколько выводов. Во-первых, чугун представляет собой сплав из железа, углерода и присадок. Во-вторых, он имеет шесть видов. В-третьих, чугун весьма полезный и универсальный материал, поэтому долгое время его дорогостоящее производство было целесообразно. В-четвертых, на сегодняшний день чугун уже считается пережитком прошлого, и планомерно уступает свои позиции более надежным и дешевым материалам.

www.syl.ru

Виды чугуна, классификация, состав, свойства, маркировка и применение

Сегодня почти нет ни одной сферы жизни человека, где бы не применялся чугун. Этот материал известен человечеству уже достаточно давно и превосходно зарекомендовал себя с практической точки зрения. Чугунное литье – основа великого множества деталей, узлов и механизмов, а в некоторых случаях даже самодостаточное изделие, способное выполнять возложенные на него функции. Поэтому в данной статье мы уделим самое пристальное внимание данному железосодержащему соединению. Также выясним, какие бывают виды чугуна, их физические и химические особенности.

Определение

Чугун – это поистине уникальный сплав железа и углерода, в котором Fe более 90%, а C — не более 6,67%, но и не менее 2,14%. Также углерод может находиться в чугуне в виде цементита или же графита.

Углерод дает сплаву достаточно высокую твёрдость, однако, вместе с тем, понижает ковкость и пластичность. В связи с этим чугун является хрупким материалом. Также в определенные марки чугуна добавляют специальные присадки, которые способны придать соединению определенные свойства. В роли легирующих элементов могут выступать: никель, хром, ванадий, алюминий. Показатель плотности чугуна равен 7200 килограмм на метр кубический. Из чего можно сделать вывод, что вес чугуна – показатель, который никак нельзя назвать маленьким.

Историческая справка

Выплавка чугуна уже достаточно давно известна человеку. Первые упоминания о сплаве датируются шестым веком до нашей эры.

В Китае в древние времена получали чугун с довольно низкой температурой плавления. В Европе чугун стали получать примерно в 14 веке, когда впервые начали использовать доменные печи. На тот момент такое чугунное литье шло на производство оружия, снарядов, деталей для строительства.

На территории России производство чугуна активно началось в 16 столетии и далее быстро расширялось. Во времена Петра I Российская империя по объему производства чугуна смогла обойти все государства мира, однако уже через сто лет начала снова сдавать свои позиции на рынке черной металлургии.

Чугунное литье использовалось для создания разнообразных художественных произведений ещё в эпоху Средневековья. В частности, в 10 веке китайские мастера отлили поистине уникальную фигуру льва, вес которого превысил 100 тонн. Начиная с 15 века на территории Германии, а после и в других странах литье из чугуна получило широчайшее распространение. Из него делали оградки, решетки, парковые скульптуры, садовую мебель, надгробия.

В последние годы 18 века чугунное литье максимально задействовано в архитектуре России. А 19 столетие так и вообще прозвали «чугунным веком», так как сплав очень активно использовался в зодчестве.

Особенности

Существуют различные виды чугуна, однако средняя температура плавления этого металлического соединения составляет порядка 1200 градусов Цельсия. Этот показатель на 250-300 градусов меньше, чем требуется для выплавления стали. Такая разница связана с достаточно высоким содержанием углерода, что приводит к его менее тесным связям с атомами железа на молекулярном уровне.

В момент выплавки и последующей кристаллизации углерод, содержащийся в чугуне, не успевает полностью проникнуть в молекулярную решётку железа, и потому чугун в итоге получается довольно хрупким. В связи с этим он не применяется там, где имеют место постоянные динамические нагрузки. Но при этом он отлично подходит для тех деталей, которые имеют повышенные требования к прочности.

Технология производства

Абсолютно все виды чугуна производятся в доменной печи. Собственно, сам процесс плавки – довольно трудоемкая деятельность, требующая серьёзных материальных вложений. Одна тонна чугуна требует примерно 550 килограмм кокса и почти тонну воды. Объем загружаемой в печь руды будет зависеть от содержания железа. Чаще всего применяют руду, в которой железа не менее 70%. Меньшая концентрация элемента нежелательна, поскольку ее будет невыгодно экономически использовать.

Первый этап производства

Выплавка чугуна происходит следующим образом. В первую очередь в печь засыпают руду, а также коксующиеся марки угля, которые служат для нагнетания и поддержания требуемой температуры внутри шахты печи. Помимо этого, эти продукты в процессе горения активно принимают участие в протекающих химических реакциях в роли восстановителей железа.

Параллельно в печь отгружается флюс, служащий в качестве катализатора. Он помогает породам быстрее расплавляться, что содействует скорейшему высвобождению железа.

Важно заметить, что руда перед загрузкой в печь подвергается специальной предварительной обработке. Ее измельчают на дробильной установке (мелкие частицы быстрее плавятся). После она промывается с целью удаления частиц, не содержащих металл. После чего сырье обжигают, за счет этого из него удаляется сера и прочие чужеродные элементы.

Второй этап производства

В загруженную и готовую к эксплуатации печь подают природный газ через специальные горелки. Кокс разогревает сырье. При этом выделяется углерод, который соединяется с кислородом и образует оксид. Этот оксид впоследствии принимает участие в восстановлении железа из руды. Отметим, что с увеличением количества газа в печи скорость протекания химической реакции снижается, а при достижении определённого соотношения и вовсе останавливается.

Избыток углерода проникает в расплав и входит в соединение с железом, формируя в конечном счете чугун. Все те элементы, которые не расплавились, оказываются на поверхности и в итоге удаляются. Эти отходы именуют шлаком. Его также можно использовать для производства других материалов. Виды чугуна, получаемые таким образом, называются литейным и передельным.

Дифференциация

Современная классификация чугунов предусматривает разделение данных сплавов на следующие типы:

  • Белые.
  • Половинчатые.
  • Серые с пластинчатым графитом.
  • Высокопрочные с шаровидным графитом.
  • Ковкие.

Давайте рассмотрим каждый вид по отдельности.

Белый чугун

Таким чугуном называется тот, у которого практически весь углерод химически связан. В машиностроении этот сплав применяется не очень часто, потому что он твёрдый, но очень хрупкий. Также он не поддается механической обработке различными режущими инструментами, а потому используется для отливания деталей, которые не требуют какой-либо обработки. Хотя этот вид чугуна допускает шлифование абразивными кругами. Белый чугун может быть как обыкновенным, так и легированным. При этом сварка его вызывает затруднения, поскольку сопровождается образованием различных трещин во время охлаждения или нагрева, а также по причине неоднородности структуры, формирующейся в точке сварки.

Белые износостойкие чугуны получают за счет первичной кристаллизации жидкого сплава при скоротечном охлаждении. Чаще всего они используются для работы в условиях сухого трения (например, тормозные колодки) или для производства деталей, обладающих повышенной износостойкостью и жаростойкостью (валки прокатных станов).

Кстати, белый чугун получил свое название благодаря тому, что внешний вид его излома – светло-кристаллическая, лучистая поверхность. Структура этого чугуна представляет собой совокупность ледебурита, перлита и вторичного цементита. Если же данный чугун подвергают легированию, то перлит трансформируется в троостит, аустенит или мартенсит.

Половинчатый чугун

Классификация чугунов будет неполной, если не упомянуть об этой разновидности металлического сплава.

Для указанного чугуна характерно сочетание карбидной эвтектики и графита в его структуре. В целом же, полноценная структура имеет следующий вид: графит, перлит, ледебурит. Если же чугун подвергнуть термической обработке или легированию, то это приведет к образованию аустенита, мартенсита или игольчатого троостита.

Этот вид чугуна достаточно хрупок, поэтому его применение весьма ограничено. Само же название сплав получил потому, что его излом – сочетание темных и светлых участков кристаллического строения.

Самый распространенный машиностроительный материал

Серый чугун ГОСТ 1412-85 содержит в своем составе около 3,5% углерода, от 1,9 до 2,5% кремния, до 0,8% марганца, до 0,3% фосфора и менее 0,12% серы.

Графит в таком чугуне имеет пластинчатую форму. При этом не требуется специального модифицирования.

Пластинки графита имеют сильно ослабляющее действие и потому серому чугуну характерны очень низкая ударная вязкость и практически полное отсутствие относительного удлинения (показатель составляет мене 0,5%).

Серый чугун хорошо подвергается обработке. Структура сплава может быть следующей:

  • Феррито-графитовой.
  • Феррито-перлито-графитовой.
  • Перлито-графитовой.

На сжатие серый чугун работает гораздо лучше, нежели на растяжение. Также он довольно хорошо сваривается, но для этого требуется предварительный подогрев, а в качестве присадочного материала следует использовать специальные чугунные стержни с высоким содержанием кремния и углерода. Без предварительного разогрева сварка будет затруднена, поскольку будет происходить отбеливание чугуна в зоне шва.

Из серого чугуна производят детали, работающие при отсутствии ударной нагрузки (шкивы, крышки, станины).

Обозначение данного чугуна происходит по такому принципу: СЧ 25-52. Две буквы сигнализируют о том, что это именно серый чугун, число 25 – показатель предела прочности при растяжении (в Мпа или кгс/мм2), число 52 – предел прочности в момент изгиба.

Высокопрочный чугун

Чугун с шаровидным графитом принципиально отличается от других своих «собратьев» тем, что в нем содержится графит шаровидной формы. Она получается за счет введения в жидкий сплав специальных модификаторов (Mg, Се). Количество графитных включений и их линейные размеры могут быть различными.

Чем хорош шаровидный графит? Тем, что такая форма минимально ослабляет металлическую основу, которая, в свою очередь, может быть перлитной, ферритной или перлитно-ферритной.

Благодаря применению термической обработки или легирования основа чугуна может быть игольчато-трооститной, мартенситной, аустенитной.

Марки высокопрочного чугуна бывают различны, но в общем виде обозначение его таково: ВЧ 40-5. Легко догадаться, что ВЧ – это высокопрочный чугун, число 40 – показатель предела прочности при растяжении (кгс/мм2), число 5 – относительно удлинение, выражаемое в процентах.

Ковкий чугун

Структура ковкого чугуна заключается в наличии в нем графита в хлопьевидной или шаровидной форме. При этом хлопьевидный графит может иметь различную дисперсность и компактность, что, в свою очередь, оказывает непосредственное влияние на механические свойства чугуна.

В промышленности ковкий чугун производится зачастую с ферритной основой, которая обеспечивает большую пластичность.

Внешний вид излома ферритного ковкого чугуна имеет черно-бархатистый вид. Чем выше количество перлита в структуре, тем светлее будет становиться излом.

В целом же, ковкий чугун получается из отливок белого чугуна благодаря длительному томлению в печах, нагретых до температуры 800–950 градусов Цельсия.

На сегодняшний день есть два способа изготовления ковкого чугуна: европейский и американский.

Американский метод заключается в томлении сплава в песке при температуре 800-850 градусов. В этом процессе графит располагается между зернами чистейшего железа. В итоге чугун приобретает вязкость.

В европейском методе отливки томятся в железной руде. Температура при этом составляет около 850-950 градусов Цельсия. Углерод переходит в железную руду, за счет чего поверхностный слой отливок обезуглероживается и становится мягким. Чугун становится ковким, а сердцевина сохраняет хрупкость.

Маркировка ковкого чугуна: КЧ 40-6, где КЧ — это, разумеется ковкий чугун; 40 – показатель прочности при растяжении; 6 – относительное удлинение, %.

Прочие показатели

Что касается разделения чугунов по прочности, то здесь применяется следующая классификация:

  • Обычная прочность: σв до 20 кг/мм2.
  • Повышенная прочность: σв = 20 — 38 кг/мм2.
  • Высокая прочность: σв = 40 кг/мм2 и выше.

По пластичности чугуны разделяются на:

  • Непластичные – относительное удлинение менее 1%.
  • Малопластичные – от 1% до 5%.
  • Пластичные – от 5% до 10%.
  • Повышенной пластичности – более 10%.

В заключение также хотелось бы обязательно отметить, что на свойства любого чугуна довольно существенное влияние оказывает даже форма и характер заливки.

fb.ru

Чугуны, классификация чугунов, свойства

Чугун
– сплав железа с углеродом, в котором
углерода больше 2.14%.

Рис.
11. Классификация чугунов

Белый
и серый чугун.

Серый и белый чугуны резко различаются
по свойствам. Белые чугуны очень твердые
и хрупкие, плохо обрабатыва­ются
режущим инструментом, идут на переплавку
в сталь и называются передельными
чугунами. Часть белого чугуна идет на
получение ков­кого чугуна.

Серые
чугуны

— это литейный чугун. Серый чугун
поступает в произ­водство в виде
отливок. Серый чугун является дешевым
конструкцион­ным материалом. Он
обладает хорошими литейными свойствами,
хоро­шо обрабатывается резанием,
сопротивляется износу, обладает
способ­ностью рассеивать колебания
при вибрационных и переменных на­грузках.
Свойство гасить вибрации называется
демпфирующей способ­ностью. Демпфирующая
способность чугуна в 2—4 раза выше, чем
ста­ли. Высокая демпфирующая способность
и износостойкость обуслови­ли
применение чугуна для изготовления
станин различного оборудова­ния,
коленчатых и распределительных валов
тракторных и автомо­бильных двигателей
и др. Выпускают следующие марки серых
чугунов (в скобках указаны числовые
значения твердости НВ) :СЧ 10(143—229), СЧ
15 (163-229), СЧ 20 (170-241), СЧ 25 (180-250), СЧ 30(181-255),
СЧ 35 (197-269), СЧ 40 (207-285), СЧ 45 (229-289).

Серый
чугун получают при добавлении в
расплавленный металл веществ,
способствующих распаду цементита и
выделению углерода в виде графита. Для
серого чугуна графитизатором является
кремний. При введе­нии в сплав кремния
около 5% цементит серого чугуна практически
пол­ностью распадается и образуется
структура из пластичной ферритной
основы и включений графита. С уменьшением
содержания кремния цементит, входящий
в состав перлита, частично распадается
и образуется ферритно-перлитная
струк­тура с включениями графита. При
дальнейшем уменьше­нии содержания
кремния формируется структура серо­го
чугуна на перлитной осно­ве с включениями
графита.

Механические
свойства серых чугунов зависят от
метал­лической основы, а также формы
и размеров включений графита. Наиболее
прочными являются серые чугуны на
пер­литной основе, а наиболее
плас­тичными —серые чугуны на ферритной
основе. Поскольку графит имеет очень
малую проч­ность и не имеет связи с
метал­лической основой чугуна,
поло­сти, занятые графитом, можно
рассматривать как пустоты, над­резы
или трещины в металличе­ской основе
чугуна, которые значительно снижают
его проч­ность и пластичность.
Наиболь­шее снижение прочностных
свойств вызывают включения графита
в
виде плас­тинок, наименьшее — включения
точечной или шарообразной формы.

По
физико-механическим характеристикам
серые чугуны условно можно разделить
на четыре группы: малой прочности,
повышенной проч­ности, высокой
прочности и со специальными свойствами.

Легированный
серый чугун имеет мелкозернистую
структуру и лучшее строение графита за
счет присадки небольших количеств
никеля и хрома, молибдена и иногда титана
или меди.

Модифицированный
серый чугун имеет однородное строение
по сечению отливки и более мелкую
завихренную форму графита. Химический
состав шихты для изготовления
модифицированного чугуна подбирают
таким, чтобы обычный модифицированный
чугун затвердевал бы в отливке с отбелом
(т.е. белым или половинчатым). Модификаторы
— ферросили­ций, силикоалюминий,
силикокальций и др. — добавляют в
количестве 0,1 —0,3% от массы чугуна
непосредственно в ковш во время его
заполне­ния. В структуре отливок из
модифицированного серого чугуна не
со­держится ледебуритного цементита.
Вследствие малого количества вводи­мого
в чугун модификатора его химический
состав практически остается неизменным.
Жидкий модифицированный чугун необходимо
немедлен­но разливать в литейные
формы, так как эффект модифицирования
ис­чезает через 10—15 мин.

Высокопрочный
чугун.

Механические свойства высокопрочного
чугуна позволяют приме­нять его для
изготовления деталей машин, работающих
в тяжелых ус­ловиях, вместо поковок
или отливок из стали. Из высокопрочного
чугуна изготовляют детали прокатных
станов, кузнеч но-прессового оборудования,
паровых турбин (лопатки направляющего
аппарата), тракторов, автомобилей
(коленчатые валы, поршни) и др. Так,
напри­мер, коленчатый вал легковой
автомашины «Волга» изготовляют из
высокопрочного чугуна следующего
состава: 3,4-3,6% С; 1,8-2,2%
Si; 0,96-1,2%
Mn;
0,16-0,30%
Cr; <0,01
%
S; <0,06% P
и 0,01-0,03%
Mg. Низкое
содержание серы и фосфора и небольшие
пределы содержания других химических
элементов обеспечиваются тем, что такой
чугун выплавляют не в вагранке, а в
электрической печи. После термической
обработки механические свойства чугуна
получаются весьма высоки­ми: Ов=
620-650 МПа; §= 8-12 % и твердость НВ = 192-240.

Ковкий
чугун.

Ковкий чугун — условное название более
пластичного чугуна по сравнению с серым.
Ковкий чугун никогда не куют. Отливки
из ковкого чугуна получают длительным
отжигом отливок из белого чугуна с
перлитнс-цементитной структурой. Толщина
стенок отливки не должна превышать
40—50 мм. При отжиге цементит белого
чугуна распа­дается с образованием
графита хлопьевидной формы. У отливокс
толщиной стенокболее 50 мм при отжиге
будет образовываться нежелательный
пластинчатый графит.

Ковкий
чугун широко применяют в автомобильном,
сельскохозяйст­венном и текстильном
машиностроении. Из него изготовляют
детали высо­кой прочности, способные
воспринимать повторно-переменные и
удар­ные нагрузки и работающие в
условиях повышенного износа, такие как
картер заднего моста, тормозные колодки,
ступицы, пальцы режущих аппа­ратов
сельскохозяйственных машин, шестерни,
крючковые цепи и др. Широкое распространение
ковкого чугуна, занимающего по
механичес­ким свойствам промежуточное
положение между серым чугуном и сталью,
обусловлено лучшими по сравнению со
сталью литейными свойствами белого
чугуна, что позволяет получать отливки
сложной формы. Ковкий чугун характеризуется
достаточно высокими антикоррозионными
свой­ствами и хорошо работает в среде
влажного воздуха, топочных газов и воды.

Чугуны
со специальными свойствами.

Такие чугуны используют в различных
отраслях машиностроения тогда, когда
отливка, кроме проч­ности, должна
обладать теми или иными специфическими
свойствами (износостойкостью, химической
стойкостью, жаростойкостью и т. п.). Из
большого количества чугунов со
специальными свойствами приве­дем в
качестве примеров следующие.

Магнитный
чугун используют для изготовления
корпусов электричес­ких машин, рам,
щитов и др. Для этой цели наилучшим
является ферритный чугун с шаровидным
графитом.

Немагнитный
чугун используют для изготовления
кожухов и бандажей различных электрических
машин. Для этого применяют
никеле-марган-цовистый чугун, содержащий
7-10% Мп и 7-9%
Ni,
а также марганцево-меднистый чугун, в
котором содержится 9,8% Мn
и 1,2-2,0% Си.

Жаростойкий
чугун

— чугаль содержит 20-25% А1.

К
чугунам со специальными свойствами
относят также упомянутые ранее ферросплавы
— ферромарганец, ферросилиций и т.д.,
предназна­ченные для раскисления и
легирования стали при ее выплавке.

studfiles.net

Характеристики и виды чугуна

​В состав чугуна входят железо, углерод и разнообразные примеси, которые придают сплаву определенные свойства. Массовая доля углерода в материале должна быть не менее 2,14%, иначе это будет не чугун, а сталь. Этот элемент придает сплаву повышенную твердость, но снижает его ковкость и пластичность. Поэтому чугун является достаточно хрупким материалом. Из других постоянных примесей стоит выделить кремний, марганец, серу и фосфор. В некоторые марки чугуна вводят дополнительные присадки, которые позволяют придать сплаву дополнительные свойства. В качестве легирующих элементов используются хром, никель, ванадий и алюминий.


Плотность чугуна составляет 7,2 грамма на сантиметр кубический. Это является достаточно высоким показателем для металлов и их сплавов. Чугун отлично подходит для литья при производстве разнообразных изделий для всех отраслей промышленности. По этому показателю он незначительно уступает сталям некоторых марок, превосходя все остальные сплавы железа.

 

 

Температура плавления чугуна составляет 1200 градусов по Цельсию, что на 250-300 градусов ниже, чем необходимо для плавления стали. Это связано с повышенным содержанием углерода и как следствие его менее тесной связью с атомами железа на межмолекулярном уровне. При выплавке чугуна и последующей кристаллизации весь углерод не успевает внедриться в структурную решетку железа, поэтому чугун получается хрупким. Его не используют для производства продукции, которая будет эксплуатироваться под воздействием постоянных динамических нагрузок. Зато он идеально подходит для деталей, к которым предъявляется требование повышенной прочности.

 

Технология получения чугуна

 

Получение чугуна — очень материалоемкий процесс, требующий серьезных затрат. На получение одной тонны сплава уходит около 550 килограмм кокса и 900 литров воды. Затраты руды зависят от содержания в ней железа. Обычно используется сырье с массовой долей элемента не менее 70%, так как обработка более бедных руд экономически неоправданна. Такое сырье сначала проходит процедуру обогащения, а уже потом отправляется на переплавку. Производство чугуна проходит в доменных печах. Лишь около 2% от всего производимого в мире материала выплавляется в электропечи.

 

 

Технологический процесс состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. На первом этапе в доменную печь загружают руду, которая содержит так называемый магнитный железняк (соединение двухвалентного и трехвалентного оксидов железа). Также в качестве сырья могут использоваться руды с содержанием водной окиси железа или его солей. Вместе с сырьем в печь загружают коксующиеся угли, которые предназначены для создания и поддержания высокой температуры. Кроме того продукты их горения принимают участие в химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Дополнительно в топку подает флюс, который выступает в качестве катализатора и помогает породам быстрее плавиться, освобождаю тем самым железо. Стоит отметить, что перед попаданием в доменную печь руда проходит специальную предварительную обработку. Они измельчается при помощи дробильной установки, так как мелкие частицы быстрее расплавятся. Затем ее промывают, чтобы удалить все лишние элементы, которые не содержать металла. После этого высушенное сырье проходит обжиг в специальных печах, который позволяет удалить из соединений серу и другие чужеродные элементы.

 

 


Когда доменная печь загружена и готова к эксплуатации начинается второй этап производства. После запуска горелок кокс начинает разогревать сырье, выделяя при этом углерод, который, проходя через воздух, реагирует с кислородом и образует оксид. Этот оксид активно участвует в восстановлении железа из соединений, находящихся в руде. При этом, чем больше газа становится в печи, тем слабее протекает химическая реакция. После достижения определенной пропорции она им вовсе прекращается. Избыток газов используется как топливо для поддержания температуры в печи. Такой подход имеет несколько положительных моментов. Во-первых, снижаются затраты ископаемого горючего, что несколько удешевляет производство продукции. А, во-вторых, продукты горения не выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее вредными примесями, а продолжают свое участие в технологическом процессе.

 

 

Избыток углерода смешивается с расплавом и, поглощаясь железом, образует чугун. Все не расплавившиеся элементы породы всплывают на поверхность и удаляются из материала. Отходы называют шлаком, который затем пойдет на производство других материалов. После удаления всех лишних частиц в расплав при необходимости добавляют разнообразные присадки. Таким способом получают два вида сплавов: передельный и литейный чугун.

 

Разновидности чугуна

 

Передельный материал используется для производства стали кислородно-конвертерным способом. Этот вид характеризуется низким содержанием марганца и кремния в составе сплава. Литейный чугун идет на производство разнообразной продукции. Он делится на пять разновидностей, который стоит рассмотреть более детально. Белый чугун является сплавом, в котором избыточная часть углерода содержится в виде цементита или карбида. Свое название он получил за характерный белый цвет в районе излома. Массовая доля углерода в нем составляет более 3%. Этот материал характеризуется повышенной ломкостью и хрупкостью, поэтому его использование весьма ограничено.


Применяется данный вид при производстве простых деталей, которые работают в статических условиях и не несут дополнительной нагрузки. Добавление в сплав легирующих присадок позволяет повысить технические характеристики материала. Для этих целей используется никель или хром, реже алюминий и ванадий. Марка данной разновидности, которая носит название «сормайт» используется в качестве нагревательного элемента в различных устройствах. Она обладает хорошими показателями удельного сопротивления и без проблем работает при температурах до 900 градусов по Цельсию. Из белого чугуна изготавливают ванны для бытовых нужд.

 

 

Серый чугун — наиболее распространенная разновидность материала, которая применяется во многих отраслях народного хозяйства. В этом сплаве углерод присутствует в виде графита, перлита или феррито-перлита. Массовая доля углерода находится на уровне 2,5%. Материал обладает высокой для чугуна прочностью, поэтому используется для производства деталей, имеющих циклическую нагрузку определенного уровня. Из него изготавливают втулки, корпуса различного промышленного оборудования, кронштейны, зубчатые шестеренки.


Графит значительно улучшает действие смазки и снижает влияние трения, так что детали обладают повышенной стойкостью к этому виду износа. При необходимости эксплуатации в агрессивных средах в состав серого чугуна вводятся дополнительные элементы, которые позволят выдержать негативное воздействие. К ним можно отнести никель, хром, молибден, бор, сурьму, медь. Эти элементы позволяют защитить чугун от влияния коррозии. Также некоторые из них повышают уровень графитизации свободного углерода в сплаве, что позволяет создать защитный барьер, через который не могут пробиться какие-либо разрушающие элементы.

 

 

Половинчатый чугун является промежуточным материалом между первыми двумя разновидностями. В нем часть углерода содержится в виде графита, а часть — в виде карбида. Также в сплаве могут в незначительных долях присутствовать цементит (до 1%) и лидебурит (до 3%). Массовая доля углерода в материале составляет 3,5-4,2%. Эта разновидность используется для производства деталей, которые будут проходить эксплуатацию в условиях постоянного трения. К ним относятся тормозные колодки для автомобильной промышленности и разнообразные измельчительные валки для станков. Для повышения износостойкости в сплав по традиции вводятся легирующие присадки.

 

 

 

Ковкий чугун является разновидностью белого сплава, который был подвергнут специальному отжигу с целью графитизации свободного углерода в составе материала. Этот вид обладает улучшенными демпфированными свойствами по сравнению со сталью. К тому же он менее чувствителен к надрезам и хорошо проявляет себя в работе при низких температурах. Углерод, массовая доля которого составляет до 3,5%, находится в сплаве в виде феррита, феррито-перлита или зернистого перлита с вкраплениями графита. Используется данный материал в автомобильной промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях постоянного трения. Для повышения его эксплуатационных характеристик в сплав добавляют магний, бор и теллур.


Высокопрочный чугун получается в результате образования в сплаве шаровидной формы включения графита в металлическую решетку. Это ослабляет металлическую основу кристаллической решетки и приводит к появлению улучшенных механических свойств. Процесс образования шаровидного графита производится путем введения в сплав магния, церия, иттрия и кальция. По своим техническим характеристикам материал очень близок к высокоуглеродистой стали. Он хорошо поддается литью и способен заменять стальные литые элементы в механизмах. Высокий уровень теплопроводности позволяет использовать данный вид при изготовлении отопительных приборов и трубопроводов.

 

Какие трудности испытывает чугунная промышленность?

 

Перспективы развития чугунной промышленности выглядят не особо радужно. Высокий уровень затрат на производство одной тонны материала и большое количество отходов заставляют промышленников искать более дешевые заменители. Быстрое развитие науки уже сейчас позволяет получать лучшие сплавы при меньших затратах. А в условиях глобальной экологической опасности не обращать внимания на загрязняющий фактор производство недопустимо. Поэтому металлурги по всему миру отказываются от доменных печей в пользу электрического оборудования.

 

 

Но перевести выплавку чугуна на эти рельсы в кратчайшие сроки физически невозможно. Это потребует колоссальных финансовых затрат, которые не потянет ни одно государство. Так что остается лишь ждать, как скоро промышленники сумеют наладить массовый выпуск новых сплавов. Полностью отказаться от чугуна в ближайшие десятилетия, конечно, не получится, но его мировое производство неуклонно будет снижаться. Эта тенденция наблюдается уже в течение последних 5-7 лет.

promplace.ru

Виды чугуна

Углерод в чугуне
может содержаться в виде цементита
(Fe3C) или графита. Цементит имеет светлый
цвет, обладает большой твердостью и
трудно поддается механической обработке.
Графит, наоборот, темного цвета и
достаточно мягок. В зависимости от того,
какая форма углерода преобладает в
структуре, различают: белый, серый,
ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны
содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P),
а в некоторых случаях также легирующие
элементы (Cr, Ni, V, Al и др.).

Белый
чугун

вид чугуна, в котором углерод в связанном
состоянии находится в виде цементита,
в изломе имеет белый цвет и металлический
блеск. В структуре такого чугуна
отсутствуют видимые включения графита
и лишь незначительная его часть (0,03-0,30
%) обнаруживается тонкими методами
химического анализа или визуально при
больших увеличениях. Отливки белого
чугуна обладают износостойкостью,
относительной жаростойкостью и
коррозионной стойкостью. Прочность
белого чугуна снижается, а твердость
увеличивается с увеличением содержания
в нём углерода.

Белый чугун очень
тверд, почти не поддается механической
обработке и поэтому не применяется для
изготовления деталей, а используется
для переделки в сталь и для изготовления
деталей из ковкого чугуна. Такой чугун
называется также передельным.

Серый
чугун

сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и
углерода, содержащий также постоянные
примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов
большая часть или весь углерод находится
в виде графита пластинчатой формы. Излом
такого чугуна из-за наличия графита
имеет серый цвет. Отдельной разновидностью
(группой марок) серого чугуна является
высокопрочный чугун с графитом глобулярной
(шаровидной) формы, что достигается
путем его модифицирования магнием (Mg),
церием (Ce) или другими элементами.

Серый чугун характеризуется высокими
литейными свойствами (низкая температура
кристаллизации, текучесть в жидком
состоянии, малая усадка) и служит основным
материалом для литья. Он широко применяется
в машиностроении для отливки станин
станков и механизмов, поршней, цилиндров.

Высокая хрупкость, свойственная
серым чугунам вследствие наличие в их
структуре графита, делает невозможным
их применение для деталей, работающих
в основном «на растяжение» или «на
изгиб»; чугуны используются лишь при
работе «на сжатие».

Серый чугун
маркируется буквами СЧ, после которых
указывают гарантированное значение
предела прочности в кг/мм², например
СЧ30. Высокопрочные чугуны маркируются
буквам ВЧ, после которых указывают
прочность и, через тире, относительное
удлинение в процентах, например ВЧ60-2.

Ковкий
чугун
–условное
название мягкого и вязкого чугуна,
получаемого из белого чугуна отливкой
и дальнейшей термической обработкой.
Используется длительный отжиг, в
результате которого происходит распад
цементита с образованием графита, то
есть процесс графитизации, и поэтому
такой отжиг называют графитизирующим.

Ковкий чугун, как
и серый, состоит из сталистой основы и
содержит углерод в виде графита, однако
графитовые включения в ковком чугуне
иные, чем в обычном сером чугуне. Разница
в том, что включения графита в ковком
чугуне расположены в форме хлопьев,
которые получаются при отжиге, и
изолированны друг от друга, в результате
чего металлическая основа менее
разобщена, и чугун обладает некоторой
вязкостью и пластичностью. Из-за своей
хлопьевидной формы и способа получения
(отжиг) графит в ковком чугуне часто
называют углеродом отжига. Ковкий чугун
получил свое название из-за повышенной
пластичности и вязкости (хотя обработке
давлением не подвергается).

Ковкий чугун
обладает повышенной прочностью при
растяжении и высоким сопротивлением
удару. Из ковкого чугуна изготовляют
детали сложной формы: картеры заднего
моста автомобилей, тормозные колодки,
тройники, угольники и т. д.

Маркируется ковкий
чугун двумя буквами и двумя числами,
например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий
чугун, первое число—предел прочности
(в МПа) на разрыв, второе число —
относительное удлинение (в процентах),
характеризующее пластичность чугуна.

Высокопрочный
чугун

чугун, имеющий графитные включения
сфероидальной формы. Графит сфероидальной
формы имеет меньшее отношение его
поверхности к объему, что определяет
наибольшую сплошность металлической
основы, а следовательно, и прочность
чугуна.

Высокопрочный
чугун наиболее часто применяется для
изготовления изделий ответственного
назначения в машиностроении, а также
для производства высокопрочных труб
(водоснабжение, водоотведение, газо-,
нефте-проводы). Изделия и трубы из
Высокопрочного чугуна отличаются
высокой прочностью, долговечностью,
высокими эксплуатационными свойствами.

studfiles.net

История чугунного литья. От Древнего Китая до современности

Чугун – это металл с тысячелетней историей, своими корнями ушедшей в эпоху до нашей эры. Рассказывая о нём, нельзя не обратиться к хронике развития литейного дела в целом.

Медно-каменный век

Первые свидетельства возникновения металлургии датируются V-VI-м тысячелетием до нашей эры.

В то время человеку, ещё использующему камень для создания орудий, попадаются медные самородки. Принимая их за камни и обрабатывая привычным способом, ударяя друг об друга, становится ясно, что самородок не откалывается, а деформируется и ему можно придать необходимую форму. Историки называют этот метод холодной ковкой.

Медь активно заместила собой камень. Иглы, рыболовные крючки, кинжалы, наконечники копий и стрел делать стало гораздо проще, а их качество значительно превышало каменные и костяные аналоги.

Со временем люди научились придавать прочности металлу за счёт его проковки, что позволило создавать более сложные и долговечные топоры и мотыги.

Переход на медные орудия труда повлиял и на развитие человечества того времени в целом, стало более совершенной обработка дерева, появилась возможность делать более мелкие детали. Учёные доказали, что на территориях где активно использовали медь, и появление колеса произошло раньше. Это доказывает, что развитие человечества напрямую связано с развитием металлургии.

Бронзовый век

Научившись создавать бронзу – сплав из олова и меди, человечество вступило в Бронзовый век.

Как человек изобрёл этот сплав точно не известно. Большинство историков считают, что это произошло по чистой случайности, когда в расплавленную медь попало олово. Результат поразил невольных изобретателей, металл был значительно крепче и более приспособлен к заточке. Благодаря свойствам бронзы человечество начало активно использовать её в быту и на войне.

На протяжении целого тысячелетия люди готовили еду в бронзовых котелках, воевали бронзовыми мечами. Но, как скоротечно время, меняются тысячелетия, одни устои и технологии заменяются другими.  

Железный век

Историки считают, что железо добыть было гораздо проще, нежели медь или олово, ведь оно встречается в виде окиси и закиси повсеместно, чего не скажешь о иных металлах.

Почему же люди раньше не начали использовать железо? Ответ очень прост, его производство – это трудоёмкий и сложный процесс, проходящий в несколько этапов. Процесс, чтобы изучить и понять который нужно было не одно столетие развития человечества. Неспроста металлурги тех времён считались колдунами, творящими неведомые, магические вещи.

Первые упоминания о чугуне

Страной, в которой впервые стали выплавлять чугун, считается Китай, исторический факт датируется V-VI-м веком до нашей эры. В поднебесной чугунные изделия были очень популярны, из чугуна производили монеты, оружие, предметы домашней утвари.

В Китае произвели первую чугунную посуду, называлась она чугунный вок – это сковорода с тонкими стенками диаметром до одного метра. Очень востребованная в китайских семьях, хоть и дорогая.

Сохранилось множество чугунных отливок, например чугунный лев 5 метров в длину и 6 метров в высоту. Учёные подтверждают, что статуя была отлита за один раз, что говорит о большом мастерстве металлургов поднебесной.

Одним из самых необычных чугунных изделий того времени считаются стены врезанной в скалу гробницы, сплошным слоем отлитые из чугуна, чтобы надёжно закрыть вход.

Раннее создание и масштабные объёмы использования чугуна в древнем мире не означают, что кроме него не было иных металлов, археологами найдены оружия и предметы домашнего обихода из стали, бронзы, меди. Но чугун во многом преобладает перед иными материалами. Во многом это объясняется меньшей температурой плавления китайского чугуна в сравнении с бронзой, на 100 градусов.

Интересен тот факт, что принято считать началом производства ковкого чугуна XIX-й век нашей эры, хотя в Китае ещё до рождества Христова делали из него мечи.

Чугунное производство в Европе и России

Европейские же страны узнали о чугуне только в XIV-XVI веке нашей эры, во многом благодаря России, занимавшейся экспортом чугунных пушек и ядер.

Триста лет татаро-монгольского ига и близость Монголии к Китаю, повлияли на более раннее появление чугунного производства на Руси, нежели в Европе.

На то время чугун в большинстве своём применялся в артиллерии – из него делали пушки различных размеров и ядра к ним.

Не только Россия, но и весь мир за активное развитие чугунного производства обязан Петру Великому, начавшему в конце XVII века крупные преобразования в металлургической промышленности. В те времена чугун вышел за рамки применения только в артиллерии. Началось развитие художественного литья.

Новая столица Российской Империи была наполнена оградами, лавками и прочими элементами тонкого чугунного литья. Благодаря чугуну также потерпело значительные изменения печное дело – в печи появились чугунные задвижки и печные дверки, устойчивые к высоким температурам и предотвращающие проникновение дыма в помещение. Более того начали появляться чугунные украшения, своей красотой не уступающие драгоценным металлам.

Англия, Франция, Германия старательно перенимали технологии у Русских мастеров, считая их самыми эффективными и совершенными на тот момент.

Чугун в эпоху информационных технологий

В XXI-м веке развитие металлургии продолжает неустанно двигаться вперёд. Супер-лёгкие, супер-крепкие, супер-эластичные сплавы – что только не придумает светлый человеческий ум, но за две с половиной тысячи лет замены чугуну всё ещё не найдено.

Печная фурнитура, художественные изделия, элементы ворот и оград, посуда и многое другое, вплоть до тяжёлой промышленности. Став неотъемлемой частью нашего быта, сложно представить современную жизнь без чугунных изделий.

 

chuguntv.ru

виды, состав, формула, производство, применение

Наверняка многие сталкивались в быту или же на производстве с чугунными изделиями. Этот материал обладает хорошей прочностью и превосходными литейными качествами.

Чугун это стальной, или же правильнее сказать, железоуглеродистый сплав, состоящий из железа и углерода, который имеет объем от 2,14 % до максимальных 6,67 % и может входить в состав как цементит или же графит. Чугун по определению относится к машиностроительному материалу, отличающемуся дешевизной, а также простотой в производстве и служит основой для выплавки стали. Его получение относится к сложным химическим процессам, протекающим на определенных стадиях производства.

Основные характеристики и состав

Данный сплав помимо железа с углеродом включает дополнительные примеси, влияющие на его свойства. Разнообразный состав чугуна, обеспечивает ему высокую твердость, текучесть, повышает хрупкость. В него включаются: сера, кремний, марганец, фосфор. Сплав чугуна из-за входящего углерода имеет высокие показатели по твердости, но при этом снижается ковкость, а также пластичность вещества. Для придания металлу особых характеристик добавляются некоторые присадки. В качестве легирующих компонентов применяются: никель, ванадий, а также хром, алюминий. Формула чугуна состоит из железоуглеродистой основы с дополнительными включениями. Обладает плотностью порядка 7,2 г/см3, что является довольно высоким значением для металлических соединений.

Состоит чугун из нескольких компонентов, из-за чего свойства его вариаций могут существенно отличаться. Кроме углерода и железа, состав включает до 2 % марганца, 1,2 % фосфора, 4,3 % кремния и до 0,07 % серы. Кремний отвечает за состояние жидкотекучести, значительно улучшает литейные качества, а также делает мягче. Для усиления прочности используют марганец. Добавление серы снижает тугоплавкость и понижает его жидкотекучесть. Кроме того, она оказывает вредное воздействие, проявляющееся в появлении на горячих отливках трещин (красноломкость). Наличие фосфора снижает механические свойства, однако позволяет отливать предметы сложной формы.

Структура чугуна выглядит как металлическая основа с включениями из графита. В зависимости от вида, включает перлит, пластинчатый графит, а также ледебурит. Данные элементы определяют его характеристики и присутствуют в различных количествах или же полностью отсутствуют.

Температура плавления составляет от минимальных +1160 °С до максимальных +1250 °С. Имеет высокие антикоррозионные показатели, активно противодействует как сухой (химической), так и влажной коррозии. Благодаря ему появилась на свет нержавейка – стальной сплав, имеющий высокое содержание хромовой составляющей.

Область применения

Чугун широко используется в машиностроении при отливке разнообразных деталей. Применяется для изготовления коленчатых валов, а также двигательных блоков. Кроме того, производятся высококачественные колодки, имеющие высокую устойчивость к трению.  Применяются при низких температурах, где применяется исключительно чугун благодаря своим высоким эксплуатационным свойствам. Данные качества используют при производстве различных элементов машин, где используется чугунный сплав для работы в жестком климате. Этот материал широко применяется металлургами благодаря превосходным литейным характеристикам и невысокой цене. Отлитые изделия имеют высокую износостойкость, повышенную прочность.

Многие сантехнические детали также изготавливаются из чугунной основы. Это батареи, радиаторы отопления, трубы, ванны, разнообразные раковины с мойками. Многие изделия служат и по сей день, хотя устанавливались несколько десятилетий назад. Эти предметы сохраняют первоначальный облик долгие годы и не требуют проведения реставрационных работ. Кроме того, чугунная посуда считается одной из самых удобных при готовке многих блюд.

Разновидности

Чугунный сплав по своим характеристикам подразделяется на передельный, а также литейный. Первый применяют при выплавке стали, используя кислородно-конвертерный метод. Данный вид отличается пониженным количеством марганца и кремния. Литейный чугунный материал служит для производства многочисленных деталей. Образцы изделий из этой основы можно увидеть на соответствующих фото.

К особой разновидности относятся никельхромистые сплавы (нихарды). К ним относится низкоуглеродистый, а также высокоуглеродистый чугун. Первый отличается усиленной прочностью, а второй – повышенной износостойкостью. Основными разновидностями являются белый и серый сплавы. Эти материалы отличаются содержанием углерода, а также свойствами. Кроме того, активно используются ковкие, легированные и высокопрочные виды.

Серый

Серые чугуны имеют низкую пластичность, вязкость, легко поддаются резке при обработке. Применяются при изготовлении неответственных деталей, а также элементов, работающих на износ. В сером чугуне углерод содержится в виде графита, перлита либо феррито-перлита. Его количество составляет около 2,5 %, что обеспечивает высокую прочность изделиям. Из серого сплава изготавливают корпуса различного промышленного оборудования, зубчатые шестеренки, кронштейны, втулки. Материал, содержащий высокое количество фосфора (порядка 0,3 – 1,2 %) обладает хорошей жидкотекучестью и применяется в художественном литье.

Белый

Содержит большое количество углерода (свыше 3 %), представленного в виде цементита либо карбида. Белый цвет в месте разлома данного материала дал название и соединению. Сплав этого вида имеет повышенную ломкость, а также хрупкость, что значительно сужает область использования. На его основе производят детали незамысловатой формы для выполнения статических функций без воздействия значительных нагрузок. Технические характеристики белого материала можно улучшить путем добавления легирующих компонентов. Для этого используется никель, хром, гораздо реже – алюминий либо ванадий. Марка с такими присадками называется «сормайт». Ее используют в качестве нагревательного элемента в разнообразных устройствах. Сормайт отличается стабильными характеристиками при температурных значениях не более +900 °С. Этот материал служит основой при изготовлении обычных бытовых ванн.

Ковкий

Этот вид получают из белого путем отливки с дальнейшей термообработкой. При этом применяется отжиг длительного воздействия, при котором цементит распадается, образуя графит. Этот процесс получил название графитизация с образованием в структуре углеродистых хлопьев. Графит приобретает такую форму благодаря продолжительному отжигу. Это положительно влияет на металлическую основу, которая становится более цельной, пластичной и вязкой.

Ковкий чугун прекрасно эксплуатируется при пониженных температурах и не сильно чувствителен к надрезам. Применяется при изготовлении элементов, работающих при непрерывном трении. Помимо этого, ковкий сплав служит основой для изделий весьма сложной конфигурации: угольники, тормозные колодки, тройники, автомобильные картеры для задних мостов и прочих конструкций. Улучшение свойств достигается путем добавления бора, теллура, магния.

Высокопрочный

Обладает повышенной прочностью и используется для получения изделий ответственного назначения, а в некоторых случаях заменяет даже сталь. Этот высокопрочный чугун получают добавлением в серый вид особых примесей (церий, кальций, иттрий, магний). Из него производят шестерни, поршни, коленчатые валы и прочие детали. Высокая теплопроводность позволяет отливать элементы для отопительных узлов, а также трубопроводов.

Легированный

Чугунный сплав легированного вида содержит дополнительные примеси. В состав входят в повышенном содержании титан, никель, хром, а также цирконий, ванадий, молибден, алюминий и прочие элементы. Они придают высокую прочность, твердость, износостойкость. Применяются легированные материалы при производстве деталей механизмов, взаимодействующих с газовыми, агрессивными средами, а также работающих под воздействием водных растворов.

Преимущества металла

Этот сплав относят к материалам, производимым черной металлургией. Его зачастую сравнивают со сталью при определении тех или же иных характеристик. Сделанный из чугуна предмет имеет невысокую стоимость по сравнению со стальным аналогом. Помимо этого, чугунные элементы имеют меньший вес и прочность. Эти свойства чугуна значительно расширяются за счет использования различных добавок в сплавы. Его параметры имеют следующие положительные качества:

  • экологически чистый материал, что используется при производстве бытовых предметов, в том числе и посуды;
  • устойчив к кислотно-щелочной среде;
  • гигиеничен;
  • способность длительного сохранения температуры;
  • некоторые виды имеют прочность, сопоставимую со сталью;
  • длительность эксплуатации, при которой его качественные показатели только улучшаются;
  • полная безвредность для организма.

Производство

Получение чугунного сплава относится к материалоемким и затратным процессам. На выплавку одной тонны материала потребуется порядка 900 л обычной воды и около 550 кг кокса. Температура плавления составляет порядка +1200 °С, что требует наличия специфического плавильного оборудования. Для получения массы необходима руда, где массовая доля содержащегося железа составляет свыше 70 %. Обедненные рудные породы не используются по причине экономической неэффективности.

Материал выплавляют в особых доменных печах. Там железная руда проходит полный технологический цикл, начиная с восстановления оксидов руды и заканчивая получением на выходе чугунного сплава. Литье материала требует наличия топлива: кокса, термоантрацита, а также природного газа.  По окончании восстановительного процесса железо в твердой форме помещается в особую часть печи для растворения в нем углерода. После взаимодействия получается чугунная масса, которая в жидком виде опускается вниз. Нерасплавленные примеси выталкиваются на поверхность и впоследствии удаляются. Этот шлак применяется для производства многочисленных материалов. После удаления из расплава ненужных частиц, проводят добавление присадок для получения определенных марок чугунных сплавов.

oxmetall.ru